海马是记忆与认知功能的核心脑区，包含经典的DG-CA3-CA1三突触连接环路。近年来的研究表明CA2神经元具有重要的社交记忆功能，但CA2神经元如何参与空间和场景依赖的记忆尚不明确。
近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）徐春研究团队利用单细胞全脑投射谱分析、环路示踪、光纤钙成像结合光遗传学等多种手段，揭示了海马背侧CA2（dCA2）到腹侧CA1（vCA1）的长轴环路（longitudinal circuit）在空间和场景依赖性记忆中的关键作用，为理解海马CA2神经元和海马长轴环路的功能提供了新的视角。
研究团队结合单细胞全脑投射谱分析和环路示踪实验，发现dCA2神经元的整体输出以长轴环路为主，到vCA1背部区域（vCA1d）的投射强度最高（图1）。单个dCA2神经元对dCA1和vCA1d的投射强度存在明显的差异化（图1）。
在新物体/新位置识别实验中，dCA2神经元对物体的钙信号反应随着接触次数增加而出现适应性现象，在记忆测试阶段，dCA2神经元在物体旧位置呈现更强的钙信号，但对旧物体的钙信号却更小（图2A）。光遗传抑制实验表明dCA2-vCA1d投射通路特异性参与物体位置记忆（而非物体记忆）的编码，阻断该通路显著抑制了小鼠对物体新位置的偏好（图2B）。在场景依赖的恐惧学习中，dCA2神经元对情绪刺激有明显反应（图2A）。光遗传抑制dCA2-vCA1d投射通路后，小鼠的场景恐惧记忆显著减弱（图2B）。这些发现揭示了dCA2神经元在空间和场景依赖性记忆中的广泛功能，阐明了dCA2-vCA1d长轴环路在记忆功能中的关键作用。
图2：dCA2在空间和场景依赖性记忆中的作用。（A） dCA2神经元对物体接触和足部电击呈现特异性钙信号反应。（B） 阻断dCA2-vCA1d投射环路会损害物体位置记忆和场景恐惧记忆。
综上，研究团队基于海马单细胞连接图谱的研究成果，结合环路示踪，钙成像和光遗传等技术，深入解析了CA2长轴环路在空间和场景记忆中的重要功能。本研究为理解海马CA2神经元记忆功能的神经机制提供了重要理论基础，展示了海马内部的长轴环路在记忆功能中的重要作用，为相关记忆障碍疾病的机制研究提供了新思路。
相关研究成果发表在《Neuroscience Bulletin》上，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心与福建医科大学联合培养博士研究生李凝为该研究论文的第一作者，徐春研究员、福建医科大学陈晓春教授和张静教授、昆明动物所徐林研究员为该论文的共同通讯作者，徐春研究组赵冰清、沈晓文等对该研究也做出了重要贡献。该研究获得了国家科技创新2030重大项目、中国科学院、国家自然科学基金委的资助。
